LG디스플레이(이하 LGD)가 플렉서블 디스플레이에 대한 지속적인 연구개발과 상용화에 박차를 가하고 있다. LGD는 2013년 SID(국제정보디스플레이 학회)에서 5인치 플렉서블 OLED를 선보인 이후 2014년과 2015년에 각각 LG전자의 스마트폰 G플렉스(6인치)와 G플렉스2(5.5인치)에 플렉서블 디스플레이를 공급해왔다. 최근 주목받고 있는 웨어러블(Wearable) 기기용 플렉서블 디스플레이 사업도 활발히 추진되고 있다. 2014년 9월에는 세계 최초로 원형 플라스틱 OLED를 개발해 LG전자 G워치R에 공급했다.

LGD가 세계 최초로 양산에 돌입한 원형 OLED는 320×320 해상도에 지름이 1.3인치(33.12㎜)인 플라스틱 기판을 사용해 완벽한 원형을 구현한다. 특히 두께 0.6㎜ 미만의 초슬림을 실현해 웨어러블 기기의 디자인 혁신을 가져왔다. 원형 OLED는 디스플레이 형태를 원형으로 만들어 동일 사이즈의 정사각형 디스플레이보다 화면 면적이 57% 이상 넓어져 사용자 편의성을 극대화한 것이 특징이다. 뿐만 아니라 색재현율(Color Gamut) 100%, 최대 밝기(Luminance) 300nit에 무한대의 명암대비(Contrast Ratio)를 구현해 웨어러블 기기에 최적화된 기능을 구현할 수 있다. 특히 파워 IC에서 전원 공급이 없이도 동일한 해상도로 화면을 표시하는 PSM(Power Save Mode) 모드를 개발해 최소한의 전력으로 항상 화면이 표시되도록 해 시계 본연의 모습에 충실하도록 했다.

LGD는 원형 OLED를 양산하기 위해 유기물을 스캐닝(Scanning)하듯 한 번에 증착할 수 있는 원형 마스크 및 증착 효율성을 한층 높인 신규 공정을 개발하는 한편, 기존보다 정밀도를 높인 레이저 커팅(Cutting) 기술과 가공 기술을 동시에 개발해 세계 최초 양산에 성공했다. 최근에는 두께를 더욱 줄인 제품을 LG전자 어베인과 어베인 LTE에 공급한 바 있다.

이 밖에도 산업통상자원부와 함께 2017년까지 60인치 이상, UD급 초고해상도의 OLED, 40% 이상의 투과도, 곡률반경 10㎝의 디스플레이 제조를 목표로 개발 중이다. 2014년 7월에는 세계 최초로 18인치 사이즈의 플렉서블과 투명 OLED를 동시에 개발하기도 했다.

LGD가 개발한 플렉서블 OLED는 18인치 크기와 100만 화소에 육박하는 HD급 해상도(1200×810)로 OLED로는 세계 최대 크기를 자랑하며, 곡률반경도 30R을 구현했다. 곡률반경 30R은 패널을 반지름 3㎝의 원으로 말아도 화면 구동에 전혀 이상이 없고 향후 50인치 이상 대면적 두루마리(Rollable) TV도 실현할 수 있다는 걸 의미한다. 18인치 크기의 화면에서도 최대 곡률반경을 구현하기 위해 TFT 회로와 유기물이 증착되는 기판에 고분자 소재의 폴리이미드(Polyimide) 필름을 사용해 두께를 획기적으로 줄이고 유연성을 대폭 증가시켰다.

이와 함께 LGD가 동시 개발에 성공한 투명 OLED는 플렉서블 OLED와 동일한 사이즈와 해상도에 자체 개발한 투명화소 설계 기술로 투명도를 30% 이상 구현한 기술이다. 기존 LCD기반의 투명 디스플레이 투명도가 10%대임을 감안하면 투명도를 획기적으로 높였다는 평가다. 특히 회로소자와 필름 등으로 인해 발생하는 혼탁도(Haze)를 2%로 대폭 낮춰 투명디스플레이의 완성도를 극대화했다.

▶플렉서블 디스플레이를 위한 과감한 선행 투자

LGD는 지난 2015년 7월, 미래 신시장으로 급부상하고 있는 플렉서블 OLED 시장을 선도하기 위해 1조500억원 규모의 6세대 플렉서블 OLED 신규라인(E5) 투자를 결정했다. 6세대 플렉서블 OLED(E5) 라인은 경북 구미 공장에 위치하고 있고, 월 7500장 생산규모(원장기판 투입기준)의 6세대 규격으로 2017년 상반기 중 양산에 들어갈 계획이다. 기판 규격이 가로세로 1500㎜×1850㎜ 크기의 6세대 라인은 5.5인치 제품을 생산한다고 가정할 경우 원장기판 1장에 200개 넘게 생산해 기존 4.5세대 라인(730㎜×920㎜) 대비 생산효율이 4배 이상 증가한다. 업계에선 6세대 플렉서블 OLED 투자로 LGD가 미래 신시장으로 각광받는 폴더블(Foldable) 디스플레이, 대화면 자동차용 디스플레이와 같은 미래 성장 시장 공략에 한발 앞섰다고 평가하고 있다.

플렉서블 OLED는 기존 OLED에 쓰이는 유리 기판 대신 플라스틱을 사용해 충분히 휘어진다. 이러한 강점에 스마트폰, 자동차, 웨어러블 등의 디스플레이로 사용이 확대되는 추세다.

LGD는 플렉서블 OLED만이 구현할 수 있는 새로운 폼팩터(Form Factor)와 디자인 혁신을 통해 모바일용 디스플레이 시장에서 차별화된 경쟁력과 6세대 크기의 대면적 생산 체제 구축으로 플렉서블 OLED 경쟁력 강화에 기반을 마련했다.

▶무궁무진한 플렉서블 디스플레이

디스플레이는 소비자의 변화하는 욕구, 새로운 어플리케이션의 창출, 디스플레이 관련 기술발전에 따라 빠르게 진화하고 있다. 플렉서블 디스플레이는 제1세대 디스플레이인 CRT(브라운관), 현재 널리 상용화돼 있는 제2세대 평판 디스플레이의 뒤를 이을 제3세대 디스플레이다.

플렉서블 디스플레이(Flexible Display)는 말 그대로 유연한 디스플레이로 두루마리 형태로 말 수도 있고(Rollable), 종이처럼 구부릴(Curved, Bendable) 수도 있다. 외곽 디자인이 자유롭고 기판이 얇고 가벼워 깨지지 않는 디스플레이다. 단, 디스플레이의 품질인 화질은 기존 디스플레이와 동일하거나 향상된 수준이 전제돼야 한다.

유연성(Flexibility)은 디스플레이 개발 차원에서 4단계로 구분된다.(일본 東海大學 ‘표시 매체의 Flexible화 Paper Like화의 기술 동향’ 논문 참고) 1단계는 떨어뜨려도 부서지지 않는 경박(輕薄)성이다. 마음대로 다룰 수 있어 전자책이나 전자신문 등으로 제품화할 수 있다. 2단계는 유선형의 표면에도 디스플레이가 가능한 곡면형성 가능성이다. 이 경우 디스플레이의 응용영역은 현재보다 훨씬 넓어질 전망이다. 3단계는 굽혀도 원래 형상으로 되돌아오는 탄력성. 이 탄력성이 높으면 두루마리형태로 말 수 있고 전자 옷으로 구현할 수도 있다. 마지막 4단계는 종이와 가까운 궁극의 이상적 단계로 종이처럼 접을 수 있는 것이 특징이다. 하지만 실제 구현된다고 해도 효과는 미미할 것으로 예상되고 있다.

플렉서블 디스플레이의 향후 응용분야는 무궁무진하다. 우선 가볍고 얇고 깨지지 않는다는 장점 덕분에 휴대폰, PDA, MP3 플레이어 등 중소형 디스플레이가 채용된 모바일 제품에 적용될 것으로 기대되고 있다. 대면적화 기술이 확보되면 기존 디스플레이가 적용된 노트북, 모니터, TV 등 모든 분야에 대체 적용이 가능하다. 이후엔 IT산업 전반에 걸쳐 확산될 것으로 전망된다. 뿐만 아니라 전문가들은 자동차용 디스플레이처럼 기존 유리 기판 기반의 디스플레이로는 적용이 제한적이거나 불가능했던 새로운 영역의 창출도 가능하다고 판단하고 있다.

예를 들어 신문이나 잡지, 교과서, 서적, 만화와 같은 출판물을 대체할 수 있는 e-Book 분야와 디스플레이를 접거나 말아서 가지고 다닐 수 있어 휴대성이 탁월한 초소형 PC, 실시간 정보 확인이 가능한 스마트카드 등 휴대용 IT제품 분야가 새로운 시장으로 주목받고 있다.

이외에도 플라스틱 기판을 사용한 의류용 패션, 의료용 진단 분야까지 확대 적용이 가능하다.

■ LGD의 플렉서블 디스플레이 개발

LGD는 2006년 5월 세계 최초로 14.1인치 흑백 플렉서블 전자종이를 개발한 이후 2007년 세계 최초로 A4 용지 크기의 컬러 플렉서블 디스플레이를 개발해 플렉서블 디스플레이 분야에서 앞선 기술력을 입증했다. 컬러 플렉서블 전자종이는 E-ink를 적용해 구현할 수 있는 최대 컬러인 4096개의 색상을 표현하며 상하좌우 시야각 180도를 확보해 어느 지점에서 구부려도 정면에서 보는 것과 똑같은 화면을 구현할 수 있다. 이 제품은 기존의 흑백 플렉서블 전자종이와 마찬가지로 구부려도 원상태로 복구가 되도록 하기 위해 유리가 아닌 금속박(金屬箔, Metal Foil)으로 된 기판에 TFT(Thin Film Transistor)를 배열했다. 여기에 색깔을 구현하기 위해 추가적으로 CF(Color Filter)를 플라스틱 기판에 코팅해 컬러 영상을 구현하도록 했다.

LGD의 컬러 플렉서블 전자종이는 유리 기판 대신 금속박과 플라스틱 기판을 이용해 우수한 화면 표시 특성은 그대로 유지하면서 전자종이 제품을 자유자재로 구부릴 수 있는 유연성(flexibility)과 잘 깨지지 않는 내구성(Durability)을 동시에 확보했다. 특히 제품 개발 당시 금속박이나 플라스틱 기판의 내열성 한계로 인한 공정상의 어려움을 극복하기 위해 컬러 필터의 구조 설계 및 TFT와 컬러 필터의 합착 공정 기술 개발에 집중해 고온에서 진행되는 공정으로 인한 기판의 변형 정도를 최소화하고 회로의 설계가 변하지 않도록 보상하는 독자적인 기술 개발에 성공해 이러한 단점을 극복하며 세계 최초의 컬러 제품 개발에 성공할 수 있었다.

이와 동시에 LGD는 2007년 세계 최초로 비정질 실리콘(a-Si) 기술을 적용한 풀컬러 플렉서블 AMOLED를 개발했다. 4인치 화면에 QVGA급 해상도(320×240)를 구현, 1677만개의 색상을 표현할 수 있고 특히 전체 두께가 머리카락 한 올만한 150마이크로미터(㎛)의 초박막을 구현, OLED의 장점을 극대화했다.

풀컬러 플렉서블 AMOLED 개발은 플렉서블 디스플레이를 구현하는 데 가장 적합한 기술로 인정받아온 OLED를 이용, 풀컬러의 고해상도를 구현하면서도 내구성과 신뢰성을 향상시킨 플렉서블 디스플레이를 구현했다는 데 의의가 있다. 또한 세계 최초로 비정질 실리콘(a-Si) 방식을 적용해 기존의 TFT-LCD 생산라인을 이용할 수 있는 기술력을 확보, 제품화 가능성을 한층 높였다는 평가다.

2008년에는 기존 컬러 플렉서블 전자종이에 비해 무려 4배 향상된 해상도를 구현하는 세계 최고 해상도(1280×800) 14.3인치 컬러 플렉서블 전자종이를 개발, ‘2008 CES’에서 첫 선을 보였다. 14.3인치 컬러 플렉서블 전자종이는 1670만 가지의 색상 표현이 가능해 향후 이미지가 많은 백과사전이나 교과서, 만화책 등을 대체할 수 있는 e-book으로의 활용이 기대되고 있다. 이 제품은 A4 사이즈와 동일하게 개발됐다. 전원이 꺼져도 화면이 그대로 보존되고 화면이 바뀔 때에만 전력이 소모되기 때문에 전력 소비가 적다. 또한 300마이크로미터(㎛) 미만의 초박형 제품이라 얇으면서도 다양한 이미지를 보다 선명하게 제공할 수 있다. 2010년 1월에는 타블로이드 신문 한쪽 면 크기와 비슷한 세계 최대크기의 19인치 플렉서블 전자종이 개발에 성공해 전자종이 대형화 기술을 갖췄다.

[안재형 기자]

[본 기사는 매일경제 Luxmen 제69호 (2016년 06월) 기사입니다]
[ⓒ 매일경제 & mk.co.kr, 무단전재 및 재배포 금지]